Клетки в нашем теле — не жёсткие кирпичики, а скорее упругие губки, пропитанные водой. Их мягкость или упругость важна: раковые клетки часто мягче здоровых, а хрящи должны выдерживать давление при каждом шаге. Чтобы измерить эту упругость, не прикасаясь к ткани, учёные используют свет. Метод называется рассеяние Бриллюэна: луч лазера попадает в образец, и крошечные колебания молекул слегка меняют цвет отражённого света. По этому сдвигу можно судить о том, насколько материал сопротивляется сжатию.
Но есть загвоздка. Живые ткани на 70–80% состоят из воды, и её молекулы тоже колеблются. Долгое время казалось, что сигнал Бриллюэна в биологических образцах — это в основном «голос» воды, а не самой ткани. Авторы новой работы проверили это на гидрогелях — студнях, похожих на контактные линзы или желе. Они меняли концентрацию желатина и состав растворителя. Оказалось, что сдвиг частоты света не всегда растёт или падает вместе с содержанием воды. В смесях воды и спирта сигнал вёл себя и вовсе неожиданно: хотя воды в растворе становилось меньше, сдвиг частоты мог сначала расти, а потом падать. Значит, дело не в количестве воды, а в том, как молекулы в растворе цепляются друг за друга и передают колебания.
Теперь у исследователей есть каркас: как переводить цветовой сдвиг света в механические свойства влажных биологических систем. Это шаг к тому, чтобы врачи могли проверять упругость опухоли или состояние роговицы глаза без единого разреза — просто осветив ткань лазером и послушав её «звучание» на частотах в миллиард раз выше, чем слышит ухо.
Сдвиг частоты в методе Бриллюэна настолько мал, что эквивалентен изменению высоты звука скрипки, если её струну нагреть на тысячную долю градуса.